王軍 張德成 楊程毅 惠妮 王家勝

摘要：為準(zhǔn)確掌控農(nóng)藥對農(nóng)業(yè)環(huán)境和作物的污染情況，快速精準(zhǔn)的農(nóng)藥殘留檢測手段是當(dāng)前的重要需求。以土壤中的啶蟲脒殘留為對象，提出一種基于電化學(xué)生物傳感技術(shù)的新型檢測方法，研究制備適用于檢測土壤中啶蟲脒殘留含量的適體傳感器，設(shè)計(jì)基于電化學(xué)傳感技術(shù)的土壤農(nóng)藥殘留檢測裝置，其功能包括田間土壤的樣本采集、預(yù)處理及土壤啶蟲脒殘留含量的現(xiàn)場檢測等。重點(diǎn)設(shè)計(jì)采土機(jī)構(gòu)、攪拌機(jī)構(gòu)和農(nóng)藥殘留檢測單元等，并對各個(gè)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行仿真分析和計(jì)算，根據(jù)分析結(jié)果對土壤采樣預(yù)處理裝置的器件進(jìn)行選型，確定電氣控制系統(tǒng)的控制方案。對研制裝置檢測性能進(jìn)行綜合試驗(yàn)驗(yàn)證，土壤樣本采集試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)采集土層深度為0～5cm時(shí)，土壤樣本質(zhì)量相對標(biāo)準(zhǔn)偏差≤2%，柱狀土壤樣本不會(huì)黏附在合金鉆頭表面。與商用電化學(xué)工作站對比試驗(yàn)表明，所測啶蟲脒濃度值的平均誤差僅為0.7%，驗(yàn)證所研制裝置檢測的精準(zhǔn)性。為農(nóng)藥殘留快速檢測提供新的檢測方法和技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：啶蟲脒；農(nóng)藥殘留；電化學(xué)檢測；適體傳感器

中圖分類號：S237： S481.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：20955553 （2023） 12021007

Design of soil pesticide residue detection device based on electrochemical sensing technology

Wang Jun1， Zhang Decheng2， Yang Chengyi2， Hui Ni2， Wang Jiasheng2

（1. Jiangning Branch， Jiangsu Union Technical Institute， Nanjing， 211112， China；

2. College of Mechanical and Electrical Engineering， Qingdao Agricultural University， Qingdao， 266109， China）

Abstract：

In order to know well the pollution of pesticides on agricultural environment and crops， it is an important demand to study the rapid and accurate pesticide residue detection methods at present. In this paper， a new detection method based on electrochemical biosensor technology was proposed for the detection of acetamiprid residues in soil. An aptamer sensor suitable for the detection of acetamiprid residues in soil was developed. A soil pesticide residue detection device based on electrochemical sensing technology was designed. It had the functions of field soil collection， pretreatment， and on-site detection for acetamiprid residue content in soil. Soil sampling mechanisms， mixing mechanisms， and pesticide residue detection units were designed. The key design parameters of each mechanism were simulated and calculated. According to the analysis results， the devices of the soil sampling pretreatment device were selected， and the control scheme of the electrical control system was determined. Experimental verification was conducted on the detection performance of the developed device. The results of soil sample collection experiments showed that when the depth of the soil layer was 0-5cm， the relative standard deviation of soil sample quality was less than 2%， and the columnar soil sample would not adhere to the surface of the alloy drill bit. Compared with commercial electrochemical workstations， the average error of the measured concentration of acetamiprid was only 0.7%， verifying the accuracy of the developed device detection. This study provides new detection methods and technical support for rapid detection of pesticide residues.

Keywords：

acetamiprid; pesticide residues; electrochemical detection; aptamer sensors

0 引言

農(nóng)藥植保作業(yè)是保障作物產(chǎn)量和質(zhì)量的重要手段。但當(dāng)前普遍存在農(nóng)藥過量施用的問題，這會(huì)對農(nóng)田土壤、空氣和作物果實(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重污染，極大影響了人們的生命健康［13］。為準(zhǔn)確掌控農(nóng)藥對農(nóng)業(yè)環(huán)境的污染情況，需應(yīng)用快速精確的先進(jìn)測定手段對農(nóng)藥殘留進(jìn)行長期監(jiān)測［46］。

當(dāng)前，電化學(xué)分析技術(shù)仍是農(nóng)藥殘留檢測的主要方法，Mahajan等［7］提出了一種高效液相色譜結(jié)合二極管陣列檢測器相結(jié)合的有機(jī)磷農(nóng)藥檢測技術(shù)，可同時(shí)檢測溴氯磷和倍硫磷，溴氯磷的檢測限。Kaur等［8］采用氣相色譜－質(zhì)譜法分析檢測特丁硫磷、馬拉硫磷和毒死蜱等農(nóng)藥。Rapini等［9］建立了基于適體、聚苯胺膜和納米金（AuNPs）的電化學(xué)方法對啶蟲脒進(jìn)行特異性檢測。Taghdisi等［10］開發(fā)了一種基于目標(biāo)誘導(dǎo)氧化還原探針釋放的啶蟲脒適感傳感器，可檢測水中和血清中的啶蟲脒。Duford等［11］研制了一款基于酶抑制的離心微流控裝置，用于檢測蔬菜和土壤中的克百威含量。Fuyal等［12］將檢測試紙和便攜式分光計(jì)相結(jié)合研制了一款新型的農(nóng)藥殘留檢測裝置，用于檢測蔬菜和水果中的敵敵畏的含量。Poudyal等［13］開發(fā)了一套新型的電化學(xué)農(nóng)藥分析篩選系統(tǒng)，采用非法拉第電化學(xué)阻抗譜法用于食品中草甘膦和毒死蜱的多重篩選。Rajaji等［14］研制了一款基于智能手機(jī)搭配石榴石型鐵氧體/石墨氮化碳修飾的傳感器的農(nóng)藥殘留檢測裝置，用于食品中硝磺草酮?dú)埩魴z測。葉尊忠［15］研制了一種可搭配阻抗生物傳感器的檢測儀器用于毒死蜱檢測。陳廣大等［16］設(shè)計(jì)的農(nóng)藥殘留檢測儀對瓜果、蔬菜中有機(jī)磷農(nóng)藥濃度進(jìn)行檢測。范叢山［17］利用熒光光譜檢測原理，研制了一種用于檢測磷農(nóng)藥濃度的農(nóng)藥殘留檢測設(shè)備。張淑娟等［18］利用GARMINGPS315型接收器，對土壤養(yǎng)分采樣點(diǎn)進(jìn)行了測定。

當(dāng)前國內(nèi)外研究開發(fā)了基于電化學(xué)技術(shù)的農(nóng)業(yè)殘留檢測儀器，但該類農(nóng)藥殘留檢測方法存在取樣與前處理程序繁瑣、檢測周期長、操作復(fù)雜等問題。本研究以土壤中啶蟲脒殘留為研究對象，提出一種基于電化學(xué)生物傳感技術(shù)檢測方法，重點(diǎn)設(shè)計(jì)采土機(jī)構(gòu)、攪拌機(jī)構(gòu)和農(nóng)藥殘留檢測單元等，并對各個(gè)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行仿真分析和計(jì)算，根據(jù)分析結(jié)果對土壤采樣預(yù)處理裝置的器件進(jìn)行選型，確定電氣控制系統(tǒng)的控制方案，設(shè)計(jì)集成土壤采樣、預(yù)處理和農(nóng)藥殘留檢測于一體的快速、超靈敏檢測裝置，并對研制裝置檢測性能進(jìn)行綜合試驗(yàn)驗(yàn)證，為實(shí)現(xiàn)土壤農(nóng)藥殘留高效檢測設(shè)備研發(fā)提供技術(shù)支持。

1 啶蟲脒適體傳感器的制備

1.1 制備方法

適體傳感器是一種基于適配體與目標(biāo)分子相互作用的生物傳感器，具有高選擇性、高靈敏度和快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。在制備適體傳感器的過程中，需要經(jīng)過一系列步驟來構(gòu)建適體傳感器表面的功能層，按以下流程完成適體傳感器的制備：（1）使用Al2O3粉末在麂皮上將玻碳電極打磨成鏡面。（2）將打磨后的玻碳電極浸在吡咯/硫酸軟骨素溶液中，采用一步電沉積法中的電流-時(shí)間曲線法制備硫酸軟骨素/聚吡咯納米線。（3）移取EDC、NHS催化劑和濃度為10-6M的啶蟲脒適配體的孵化液，滴涂在硫酸軟骨素/聚吡咯納米線修飾的玻碳電極上，在濕潤的環(huán)境中孵化75min。（4）將制備的電極緩慢浸入超純水中，以去掉表面多余的孵化液即成功制備生物適體傳感器。

1.2 啶蟲脒—傳感器間電化學(xué)特性測量

為驗(yàn)證適體傳感器與啶蟲脒間的電特性關(guān)系，采用計(jì)時(shí)電流法進(jìn)行測量。其方法為：首先移取一定濃度的啶蟲脒溶液，滴涂在適體傳感器上孵化捕捉30min，然后用超純水沖洗電極表面，去除多余的啶蟲脒溶液；最后在pH 7.4的PBS緩沖液中采用計(jì)時(shí)電流法測試，其掃描電壓從-0.4～0.4V正向掃描，脈沖寬度為1s，脈沖數(shù)為2，獲得如圖1所示的濃度—電流曲線。

圖1（a）為適體傳感器檢測不同濃度（1pg～0.1mg/mL）啶蟲脒的計(jì)時(shí)電流曲線；圖1（b）為適體傳感器的線性檢測范圍，插圖為相應(yīng)的擬合曲線（R2=0.991）。

如圖1（a）所示，適體傳感器催化H2O2還原的電流信號隨著啶蟲脒濃度的增加而降低，并且兩者也表現(xiàn)出良好的相關(guān)性。如圖1（b）所示，適體傳感器對催化H2O2還原的信號與啶蟲脒濃度在1fg/mL～0.1ng/mL范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，得到回歸方程

y=-0.032 05x+0.652 R2=0.991（1）

式中：

y——ΔIp/I0值；

x——啶蟲脒濃度（g/mL）的對數(shù)值。

計(jì)算的檢出限（LOD）低至0.065fg/mL（倍噪比S/N=3）。

2 土壤農(nóng)藥殘留檢測裝置設(shè)計(jì)

2.1 整體結(jié)構(gòu)與工作原理

土壤農(nóng)藥殘留檢測裝置整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由采土機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、攪拌機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)水器、檢測單元、控制單元、蓄電池及行走機(jī)架等組成。行走機(jī)架可攜運(yùn)整機(jī)裝置到達(dá)田間采樣點(diǎn)，由螺旋式采土機(jī)構(gòu)完成土壤采樣，升降機(jī)構(gòu)將采集土壤升起并取樣加入試杯再由儲(chǔ)水器注入定量水，水土經(jīng)攪拌機(jī)構(gòu)攪拌均勻完成檢測土壤預(yù)處理。用移液槍取樣預(yù)處理土壤上清液注入檢測單元適體傳感器完成對土壤農(nóng)藥殘留的檢測，檢測結(jié)果可顯示可存儲(chǔ)。

2.2 采土機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖3所示，采土機(jī)構(gòu)主要由伺服電機(jī)、伺服電缸、電缸推桿、減速機(jī)、傳動(dòng)齒輪、螺栓軸承、螺旋鉆土桿、合金鉆頭等組成。

伺服電機(jī)通過減速機(jī)和傳動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)螺旋鉆土桿下鉆土壤，螺旋鉆土桿具有中空的內(nèi)腔室，內(nèi)腔室內(nèi)有一連接桿，上端連接電缸推桿，下端連接合金鉆頭。如圖4所示，工作過程中，伺服電缸驅(qū)動(dòng)電缸推桿下移，合金鉆頭外推到鉆土桿的末端，處于鉆土模式；當(dāng)鉆到一定深度后電缸推桿收縮，合金鉆頭沿內(nèi)腔室鍵槽向上滑動(dòng)，形成指定高的空腔，處于取土模式，在螺旋推桿繼續(xù)下降過程中，土壤被壓入空腔，形成柱狀的土壤樣本。

考慮到土壤樣本的單次采集需求量，取土空腔內(nèi)徑d0=25mm，外徑為d1=35mm，合金鉆頭的直徑d2=25mm，錐度γ=150°，螺旋刀片螺旋升角選α=15°。

采土機(jī)構(gòu)中螺旋鉆土桿是采集土壤樣本的關(guān)鍵零部件，需滿足可靠性、高效性、適應(yīng)性等要求。因此，需要對螺旋鉆土桿取土功率進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。主要包括鉆土功率、螺旋刀片升土功率及機(jī)構(gòu)與土壤的摩擦功率［1920］。

鉆土功率

P1=（Kv2+25000f2ωc）R22（2）

式中：

K——切削比阻力，kPa；

f2——刀刃與土壤間的摩擦因數(shù)；

v2——鉆土速度，m/s；

R2——鉆孔半徑，m；

wc——螺旋軸角速度，rad/s。

螺旋刀片所需功率

式中：

F1——土壤對合金鉆頭的擠推力，N；

ma——整個(gè)螺旋鉆土桿刀片上土壤質(zhì)量，kg；

R1——螺旋鉆土桿軸半徑，m；

S——螺旋刀片螺距，m；

α1——螺旋刀片螺旋升角，（°）；

ε——土壤壓縮系數(shù)；

r——刀片上土壤重心處的半徑，m；

f1——土與土的摩擦因數(shù)；

ρt——松散土壤密度，kg/m3；

l1——螺旋鉆土桿軸的長度，m；

ω——螺旋鉆土桿臨界角速度，rad/s。

當(dāng)螺旋鉆土桿轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，螺旋刀片上的土壤由于離心力太小向孔壁形成壓力，可用朗金土壓力理論來計(jì)算。

機(jī)構(gòu)與土壤的摩擦消耗功率

P3=πR22ρtgK0Sl1f2ωc（8）

式中：

K0——土的靜止側(cè)壓系數(shù)。

螺旋鉆土桿的取土總功率

P=P1+P2+P3（9）

所需伺服電機(jī)功率

式中：

Z——減速器效率。

螺旋軸扭矩

式中：

n1——伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。

由于土質(zhì)、土壤堅(jiān)實(shí)度及含水率的不同，對應(yīng)的取土功率存在較大差異。選取功率為750W、最高轉(zhuǎn)速為3000r/min、額定扭矩為2.39N·m的伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，配置減速比為30的減速機(jī)，則最終伺服電機(jī)可提供71.7N·m的扭矩。在硬度為4.0MPa、濕度為20%的高硬黏土條件下測試，驗(yàn)證了螺旋鉆土能夠滿足常見田間土壤條件的要求。

2.3 攪拌機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

能否將采樣土壤樣本攪拌充分和均勻?qū)⒅苯佑绊懙胶罄m(xù)農(nóng)藥殘留檢測的精準(zhǔn)度，考慮到對采樣土壤樣本顆粒度、分散度等方面的要求，設(shè)計(jì)了如圖5所示的攪拌機(jī)構(gòu)，主要由直流電機(jī)、調(diào)速器、鐵架臺(tái)、攪拌器、夾爪、土壤樣品采集杯等組成。攪拌器由四片攪拌葉片組成，攪拌器軸通過夾爪與直流電機(jī)輸出端相連，在直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的額定功率為50W，選擇24V/10A的調(diào)速器，攪拌器轉(zhuǎn)速可調(diào)。

2.4 農(nóng)藥殘留檢測單元設(shè)計(jì)

農(nóng)藥殘留檢測單元由三電極體系、恒電位模塊和主控模塊、藍(lán)牙模塊、顯示模塊等組成，檢測裝置的原理框圖如圖6所示。工作電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)被轉(zhuǎn)換成模擬電信號，由西門子AM06模塊采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過主控模塊計(jì)算后，在顯示模塊中顯示測量的濃度值，最后，信號通過藍(lán)牙模塊傳輸?shù)绞謾C(jī)APP軟件記錄曲線，方便后期通過PC軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理。

2.4.1 三電極體系

三電極體系包括工作電極、輔助電極和參比電極。三電極體系的引入，保證了裝置檢測液體環(huán)境中的電化學(xué)反應(yīng)信號的測量準(zhǔn)確性。從電化學(xué)方面分析可以將該檢測體系當(dāng)作一個(gè)電路，如圖7所示。RΩ和Ru為檢測含有啶蟲脒溶液的電阻，檢測農(nóng)藥含量類比其電路的阻值的大小和這個(gè)檢測電極之間的距離有一定的關(guān)系；Zwk和Zc是工作電極和參比電極上的界面阻抗。

工作電極為啶蟲脒適體傳感器，為電化學(xué)檢測時(shí)提供發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)場所。選擇飽和的甘汞電極作為參比電極，不易被極化且抗干擾能力強(qiáng)，有效抑制外界因素對檢測結(jié)果的影響，保證在整個(gè)檢測過程中檢測電位的恒定。選擇鉑絲電極作為輔助電極，和工作電極形成一個(gè)電流回路，使工作電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的微弱電流經(jīng)此回路流通。

2.4.2 恒電位電路

恒電位電路用于維持參比電極和工作電極之間的電壓恒定，保證工作電極產(chǎn)生穩(wěn)定的氧化-還原信號可作為農(nóng)藥殘留檢測的電化學(xué)信號。恒電位電路設(shè)計(jì)如圖8所示，采用西門子AM06模塊產(chǎn)生激勵(lì)電壓信號，通過NE5532雙路低噪聲運(yùn)算放大器構(gòu)成四階有源低通濾波電路進(jìn)行平滑；為了防止寄生信號的干擾將工作電極接地；為了保證參比電極沒有電流流過的情況下電位恒定在固定值，使用高輸入阻抗運(yùn)放OPA690構(gòu)成電壓跟隨器，并與輔助電極組成一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)，避免了溶液電阻阻抗降低對系統(tǒng)檢測的影響。檢測溶液中化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電流發(fā)生改變時(shí)，工作電極對參比電極的相對電勢發(fā)生任何偏移，均被負(fù)反饋所糾正，從而達(dá)到恒電位的期望。

2.4.3 藍(lán)牙傳輸與上位機(jī)

采用ES40C模擬量藍(lán)牙采集模塊，通過藍(lán)牙和串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，供電電壓范圍為3.5～5V，工作電流為5～10mA，串口波特率為115200。

上位機(jī)包括西門子700IE V3屏幕和手機(jī)APP，用作基于電化學(xué)原理的農(nóng)藥殘留檢測裝置的控制和顯示。他們分別通過網(wǎng)線和藍(lán)牙與裝置通信，傳輸數(shù)據(jù)和命令，控制裝置進(jìn)行CA檢測，將主控模塊處理的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，并繪制CA曲線圖。

3 試驗(yàn)檢測驗(yàn)證

基于以上設(shè)計(jì)，試制出基于電化學(xué)傳感技術(shù)的土壤農(nóng)藥殘留檢測裝置樣機(jī)如圖9所示。各部分組成名稱可參照土壤農(nóng)藥殘留檢測裝置整體結(jié)構(gòu)圖（圖2）。

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的土壤農(nóng)藥殘留檢測裝置的性能，進(jìn)行檢測裝置與電化學(xué)工作站的土壤啶蟲脒殘留檢測對比試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)檢測驗(yàn)證方法

試驗(yàn)前，在小噴壺中配置濃度為100pg/mL的標(biāo)準(zhǔn)啶蟲脒溶液，并且通過米尺測量在試驗(yàn)田中選取4塊面積為0.5m×0.5m的試驗(yàn)點(diǎn)，將標(biāo)準(zhǔn)的啶蟲脒溶液，提前5天均勻地噴灑在土壤表面，等待五天后通過人工采樣，采集土壤深度為0～5cm的土壤樣本，并且經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室通過高效液相法測定土壤中啶蟲脒農(nóng)藥的殘留量。

試驗(yàn)時(shí)，選取單次采集的土壤樣本質(zhì)量相對標(biāo)準(zhǔn)偏差和柱狀土壤樣本是否會(huì)黏附在合金鉆頭表面作為評價(jià)指標(biāo)，在預(yù)先選取的4塊試驗(yàn)點(diǎn)中，使用土壤預(yù)處理裝置采集土壤深度為0～5cm土壤樣本，并編號存入土壤樣本采集杯中，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)采集3次。將所有的試驗(yàn)點(diǎn)都完成土壤樣本采集后，按編號將土壤采集杯中的土壤樣本使用電子天平稱量，并將稱重?cái)?shù)據(jù)記錄在試驗(yàn)記錄表中，通過式（12）、式（13）計(jì)算土壤樣本質(zhì)量相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。

稱重結(jié)束后，按照標(biāo)號依次通過攪拌機(jī)構(gòu)，將所有的樣本與相同體積的超純水充分?jǐn)嚢栊纬苫旌先芤?，等待沉淀后出現(xiàn)土壤上清液，根據(jù)標(biāo)號依次使用移液槍移取20μL的土壤上清液，滴涂基于硫酸軟骨素/聚吡咯納米線適體傳感器上，在濕潤的環(huán)境中孵化30min，孵化時(shí)間到達(dá)后，使用超純水將電極表面多余的啶蟲脒溶液充分沖洗。最后，在5mL含有100μM H2O2的PBS緩沖液（pH 7.4）中，用基于電化學(xué)原理的農(nóng)藥殘留檢測裝置進(jìn)行計(jì)時(shí)電流法（CA）測試。參數(shù)設(shè)置如下，掃描電壓從-0.4～0.4V正向掃描，脈沖寬度為1s，脈沖數(shù)為2，并將檢測結(jié)果記錄在試驗(yàn)表中。

3.2 試驗(yàn)檢測驗(yàn)證結(jié)果

所有按編號排序的土壤樣本依次使用電子天平稱量，將數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算土壤樣本質(zhì)量相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可知，采集土層深度為0～5cm時(shí)，土壤樣本質(zhì)量相對標(biāo)準(zhǔn)偏差比較小，土壤樣本質(zhì)量相對標(biāo)準(zhǔn)偏差最大不超過2%，柱狀土壤樣本不會(huì)黏附在合金鉆頭表面，證明土壤預(yù)處理裝置采集土壤樣本的可靠性和適用性比較好。

在適體傳感器選擇性捕獲啶蟲脒的情況下，由于啶蟲脒在電極表面的吸附會(huì)阻斷電極表面電子傳遞而且會(huì)覆蓋適體傳感器表面上的可用電活性位點(diǎn)，導(dǎo)致適體傳感器的活性面積減少，電化學(xué)響應(yīng)能力降低，對H2O2的催化還原能力減弱。分別采用基于電化學(xué)原理的農(nóng)藥殘留檢測裝置和商用的電化學(xué)工作站，通過計(jì)時(shí)電流法測定電化學(xué)響應(yīng)信號，代入催化H2O2還原的信號與啶蟲脒濃度對應(yīng)關(guān)系回歸方程y=-0.032 05x+0.652（R2=0.991）計(jì)算出啶蟲脒的濃度，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，該農(nóng)藥殘留檢測裝置能成功用于檢測啶蟲脒的濃度，并將試驗(yàn)結(jié)果與電化學(xué)工作站的結(jié)果進(jìn)行了比較，農(nóng)藥殘留檢測裝置的檢測結(jié)果與電化學(xué)工作站的檢測結(jié)果基本一致，證明了該農(nóng)藥殘留檢測裝置的可靠性和適用性。

4 結(jié)論

1）以土壤中的啶蟲脒農(nóng)藥殘留為研究對象，提出了一種基于電化學(xué)生物傳感技術(shù)的新型檢測方法，研究制備了適用于檢測土壤中啶蟲脒殘留含量的適體傳感器，可實(shí)現(xiàn)田間土壤的采集、預(yù)處理及土壤啶蟲脒殘留含量的現(xiàn)場檢測。重點(diǎn)設(shè)計(jì)了采土機(jī)構(gòu)、攪拌機(jī)構(gòu)和農(nóng)藥殘留檢測單元，確定了采土機(jī)構(gòu)選用功率750W的伺服電機(jī)、攪拌機(jī)構(gòu)選用功率為50W的直流電機(jī)，農(nóng)藥殘留檢測單元采用NE5532雙路低噪聲運(yùn)算放大器和高輸入阻抗運(yùn)放OPA690，組成負(fù)反饋電路。

2）對研制裝置檢測性能進(jìn)行了綜合試驗(yàn)驗(yàn)證，土壤樣本采集試驗(yàn)結(jié)果表明，采集土層深度為0～5cm時(shí)，土壤樣本質(zhì)量相對標(biāo)準(zhǔn)偏差≤2%，柱狀土壤樣本不會(huì)黏附在合金鉆頭表面。與商用電化學(xué)工作站對比試驗(yàn)表明，所測啶蟲脒濃度值的平均誤差僅為0.7%，兩者檢測結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了所研制裝置檢測的精準(zhǔn)性。該研究為農(nóng)藥殘留快速檢測提供了新的檢測方法和技術(shù)支撐。

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